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基因治疗这个研究热点你了解吗

什么是基因治疗

 

基因治疗(gene therapy)是指将外源正常基因导入靶细胞,以纠正或补偿缺陷和异常基因引起的疾病,从而达到治疗疾病的目的。一直以来,传统大/小分子药物主要针对蛋白靶点发挥作用,这也使得其适应症有限,特别对于基因因素占据主要发病原因的遗传性疾病,无法有效发挥治疗效果。而这类基因相关疾病的患病人群其实并不小,例如在我们印象中患病人数应该很少的罕见病,全球患者已高达3.5个亿,而其中约80%是直接由基因突变而导致的。

表1. 几种治疗方式的对比

 

对于这些基因性疾病,目前的治疗方式有限,基本都是从改善症状的角度进行治疗,即治标不治本,患者的病症仍会不断进展并严重影响生活质量,甚至最终导致死亡。在此背景下,基因治疗应运而生,其可从根本病因上来治疗疾病,虽然基因治疗在20年前就有相关的临床应用案例,但其真正得到广泛研究和临床试验是从近五年开始。据多家权威机构综合分析数据显示,全球基因治疗市场规模已从2018年的4.4亿美元增长至2020年的20.7亿美元,并预测2025年将急速增长至305.3亿美元。而我国在连续出台的多个政策支持下,已成为细胞与基因治疗(CGT)的沃土。

 

基因治疗常用治疗载体

 

基因治疗通常可分为在体基因治疗和离体基因治疗。其中,在体治疗主要是将带有治疗基因的(非)病毒载体(如常用的腺相关病毒AAV),直接递送到患者体内;而离体治疗则是在体外将治疗基因导入患者的细胞(常使用慢病毒),扩增后回输至患者体内。相比于离体治疗,在体治疗的方式对基因递送工具——即载体的要求更高。

 

图1. 在体基因治疗和离体基因治疗[1]

 

基因递送工具的选择是基因治疗中关键的一环,药物最终在人体发挥药效,很大程度取决于稳定、高效的递送系统。目前,基因治疗常用的载体包括病毒载体和非病毒载体,其中病毒载体由于其宿主范围广,作用时间长,在基因治疗研究中应用越来越广泛,可以进行编码基因或非编码基因的过表达、干扰、敲除和内源性激活等操作。常用工具病毒有腺相关病毒(AAV)、腺病毒(ADV)和慢病毒(LV),其中腺相关病毒(AAV)因其具有较好的组织特异性、低免疫原性及高安全性,是目前在体基因治疗应用最广泛的递送载体。

表2. 常用工具病毒特征对比(来源:赛业生物)

 

那么,AAV是如何实现目的基因的表达呢?首先,AAV的衣壳蛋白可与宿主细胞表面受体相互识别,然后通过网格蛋白介导的内吞作用触发病毒的内化,进入细胞内的AAV病毒由于胞内pH值的变化导致VP1/VP2区域发生构象变化,进而被牵引入核。AAV基因组中存在的病毒反向末端重复序列 (ITR) 可以驱动分子间或分子内重组,以形成可以在细胞核中持续存在的环状游离基因组,并在细胞内长期表达。

图2. AAV感染宿主细胞过程[2]

 

基因治疗常用干预策略

 

针对不同疾病选择相应的治疗策略是基因治疗研发过程中至关重要的一步。目前基因治疗常用的治疗策略主要有三种:

1. 基因过表达,指的是将正常的基因或者有治疗功效的基因通过病毒载体导入到患者体中,这种策略不改变患者固有的基因序列,效果较好。目前已上市的或处于临床阶段的基因治疗产品多采用过表达的策略。

 

2. 基因干扰,常用于治疗基因异常激活而导致疾病发生的情况。

 

3. 基因编辑,许多遗传性疾病是由于基因突变而导致的,单纯的过表达或干扰无法达到治疗效果,这就需要借助基因编辑技术对致病基因进行干预了。但由于存在编辑效率及脱靶等问题,采取基因编辑的基因治疗策略目前还存在较多待解决的问题。

图3. 基因治疗的常见的三种策略[4]

 

基因治疗基础研究难点

 

虽然每一款基因治疗药物的上市都要经历前期研发、IND申报、扩大生产、临床试验等过程,但其无论是从最开始的治疗策略的设计,到最后产品批准上市,所经历的各个环节与传统大/小分子药物都有很大差异,例如基因治疗给药方式的特殊性,使得基因治疗相比于传统药物的研发过程发生了颠覆性变化。在基因治疗临床前的研究阶段,每个研究者都必须考虑以下几个核心问题:

针对某种已经明确发病机制的基因疾病,如何筛选出具有治疗效果的序列片段?

 

如何设计出有效的递送载体(AAV为代表),将我的“治疗序列”递送到靶组织并保证表达?

 

我所研究这个疾病是否有能供研究的疾病模型?

 

该采取何种注射方式既能满足操作的便捷性和递送的有效性?

 

如何在动物水平评价和确定基因治疗的终点?

 

如何降低所开发基因疗法的体内免疫反应及避免被体内中和抗体所清除。

 

这些问题涉及到治疗靶点的确认、治疗载体的选择和设计,疾病模型的构建及治疗效果的评价等。赛业生物作为一家综合解决方案提供商,建立了多位一体的基因治疗创新性CRO平台服务网络。在过去十余年,赛业生物积累了大量的基因信息数据,在模式动物持续的深耕也让我们在基因编辑技术方面一直走在行业前沿,结合赛业生物在人工智能领域的深度探索,我们可提供高效的基因功能解析与基因治疗一站式整体解决方案。

 

赛业生物基因治疗一站式解决方案

赛业生物基因治疗一站式解决方案可为从事基因治疗的研究者提供更高效的基因功能解析与基因治疗一站式整体解决方案,包括靶点筛选与功能研究,动物模型构建和病毒载体如AAV、LV、ADV等设计与包装,以及表型分析等全流程服务。

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参考文献:

1. Kaufmann, K. B., Büning, H., Galy, A., Schambach, A., & Grez, M. (2013). Gene therapy on the move. EMBO molecular medicine, 5(11), 1642–1661. https://doi.org/10.1002/emmm.201202287.

2. Wang, D., Tai, P., & Gao, G. (2019). Adeno-associated virus vector as a platform for gene therapy delivery. Nature reviews. Drug discovery, 18(5), 358–378. https://doi.org/10.1038/s41573-019-0012-9.

3. Warnock, J. N., Daigre, C., & Al-Rubeai, M. (2011). Introduction to viral vectors. Methods in molecular biology (Clifton, N.J.), 737, 1–25. https://doi.org/10.1007/978-1-61779-095-9_1.

4. Maestro S, Weber ND, Zabaleta N, Aldabe R, Gonzalez-Aseguinolaza G. Novel vectors and approaches for gene therapy in liver diseases. JHEP Rep. 2021 Apr 30;3(4):100300. doi: 10.1016/j.jhepr.2021.100300. PMID: 34159305; PMCID: PMC8203845.

 

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